储氢材料和磁性材料

1、1 2系统是作为一种系统是作为一种储量丰富、无储量丰富、无公害的能源替代品公害的能源替代品而倍受重视。而倍受重视。如果如果以海水制氢以海水制氢作为燃料，从原理上作为燃料，从原理上讲，燃烧后只能生成水，这对环境保护极讲，燃烧后只能生成水，这对环境保护极为有利；为有利；3如果进一步如果进一步用太阳能以海水制氢用太阳能以海水制氢，则，则可实现可实现无公害能源系统无公害能源系统。此外，氢还可以作为此外，氢还可以作为，通过，通过利用过剩电力利用过剩电力进行进行，实现能源贮存。实现能源贮存。4在以氢作为在以氢作为能源媒体的能源媒体的氢能体系中，氢能体系中，是实际应用中的关键。是实际应用中的关键。贮氢材料就

2、是作为贮氢材料就是作为而成为当前材料研究的一个热点项目。而成为当前材料研究的一个热点项目。5贮氢材料贮氢材料(Hydrogen storage materials)是是在通常条件下在通常条件下的的特种金属材料特种金属材料。6贮氢材料的作用贮氢材料的作用相当于相当于。在室温和常压条件下在室温和常压条件下能迅速能迅速吸氢吸氢(H2)并反应生成并反应生成氢化物氢化物，使氢以，使氢以贮存起来，在需要的时候，适贮存起来，在需要的时候，适当当使这些贮存着的氢释放使这些贮存着的氢释放出来以供使用。出来以供使用。7贮氢材料中，贮氢材料中，极高，下表极高，下表列出几种金属氢化物中列出几种金属氢化物中及其他及其他

3、氢形态中氢形态中。8(1)相对氢气瓶重量相对氢气瓶重量从表中可知，金属氢化物的从表中可知，金属氢化物的与液态氢、与液态氢、固态氢的相当，约是氢气的固态氢的相当，约是氢气的1000倍。倍。9另外，一般另外，一般中，中，所以，所以用金属氢化物贮氢时用金属氢化物贮氢时并不必并不必用用101.3MPa(1000atm)的的耐压钢瓶耐压钢瓶。10可见，利用可见，利用从从来看来看是极为有利的。是极为有利的。但但从从来看来看，仍比液，仍比液态氢、固态氢低很多，尚需克服很大困难，态氢、固态氢低很多，尚需克服很大困难，尤其体现在对汽车工业的应用上。尤其体现在对汽车工业的应用上。11当今当今给给带来恶劣的影带来恶

4、劣的影响，因此汽车工业一直期望响，因此汽车工业一直期望的的燃料电池驱动的燃料电池驱动的环境友好型汽车来环境友好型汽车来替代。替代。12对于对于的的燃料电池驱动燃料电池驱动汽车来汽车来说，不仅要求说，不仅要求贮氢系统的贮氢系统的，而且要，而且要求求氢所占贮氢系统氢所占贮氢系统的的(估算须达估算须达到到 (H) =6.5)，当前的当前的贮氢技术贮氢技术还不能满足此要求。还不能满足此要求。因此，因此，是是贮氢材料研究贮氢材料研究中中长期探求的目标。长期探求的目标。13的的发现和应用研究发现和应用研究始于始于20世世纪纪60年代，年代，1960年发现镁年发现镁(Mg)能形成能形成MgH2，其其高达高达

5、 (H)7.6，但但反反应速度慢应速度慢。141964年，研制出年，研制出，其吸氢量为其吸氢量为 (H)=3.6，能能在室温下在室温下和和，250 时放氢压力约时放氢压力约0.1MPa，成为最早成为最早具有应具有应用价值用价值的贮氢材料。的贮氢材料。15同年在研究同年在研究时发现了时发现了LaNi5具有优异的吸氢特性具有优异的吸氢特性;1974年又发现了年又发现了贮氢材料。贮氢材料。LaNi5和和TiFe是目前是目前的贮氢材料。的贮氢材料。1617金属和氢的化合物统称为金属和氢的化合物统称为。元。元素周期表中素周期表中所有金属元素的氢化物所有金属元素的氢化物在在20世纪世纪60年代以前就已被探

6、明，并被汇总于专著中。年代以前就已被探明，并被汇总于专著中。18元素周期表中元素周期表中(碱金属碱金属)和和(碱土金属碱土金属)分别与氢形分别与氢形成成、MH2化学比例成分的化学比例成分的。19是是的粉末，的粉末，是是稳定的化合物稳定的化合物。这些化合物称为。这些化合物称为或或，氢以，氢以状态存在。状态存在。20从从到到的的金属氢化物金属氢化物，因是，因是的化合物，称为的化合物，称为，例如，例如:SiH4、CuH、AsH3等。等。这些化合物多数是这些化合物多数是，不能作贮氢材料用。，不能作贮氢材料用。21从从族到族到的的金属氢化物金属氢化物，称为，称为，它们是，它们是黑色粉末黑色粉末。其中，其

7、中，族、族、元素形成的氢化元素形成的氢化物物比较稳定比较稳定(生成焓为负、数值大，平衡分生成焓为负、数值大，平衡分解氢压低解氢压低)，如，如LaH3、TiH2氢化物。氢化物。22元素元素也和气体氢也和气体氢直接发生反应，生直接发生反应，生成成VH2、NbH2氢化物。氢化物。在在1atm下，这些氢化物的温度下，这些氢化物的温度，它们是能够，它们是能够贮藏释放氢的材料。贮藏释放氢的材料。到到的金属中，除的金属中，除Pd外，外，都都不形成稳定的氢化物不形成稳定的氢化物，氢，氢以以H+形成固溶体。形成固溶体。23各种各种性质的不同性质的不同可以从可以从中反映出来。中反映出来。下表是氢下表是氢在各种金属

8、中的在各种金属中的溶解热溶解热 H数据。数据。24氢在各种金属中的溶解热氢在各种金属中的溶解热 H(kcal/mol)25可见可见金属的金属的是是负负(放热放热)的很大的值的很大的值，称为，称为；金属显示出金属显示出正正(吸热吸热)的值的值或很小的负值或很小的负值，称为，称为；金属刚好显示出金属刚好显示出两者中间的数值两者中间的数值。26可以作为可以作为能量贮存能量贮存、转换转换材料材料，其，其是：是：金属吸留氢形成金属氢化物金属吸留氢形成金属氢化物，然后对然后对该金属氢化物加热该金属氢化物加热，并把它放置在比其平并把它放置在比其平衡压低的氢压力环境中使其放出吸留的氢衡压低的氢压力环境中使其放

9、出吸留的氢，其反应式如下：其反应式如下：27式中，式中，M-金属；金属； MHn-金属氢化物金属氢化物P-氢压力；氢压力； H-反应的焓变化反应的焓变化),()(22pHMn气固 HMHnn)(2固反应进行的方向反应进行的方向取决于取决于和和。28实际上，上式表示实际上，上式表示具有具有(氢氢)、(反应热反应热)、(平衡氢气压力平衡氢气压力)。),()(22pHMn气固 HMHnn)(2固29这种能量的这种能量的可用可用于于氢或热的贮存或运输氢或热的贮存或运输、热泵热泵、冷气暖气冷气暖气设备设备、化学压缩机化学压缩机、化学发动机化学发动机、氢的同氢的同位素分离位素分离、氢提纯氢提纯和和氢汽车氢

10、汽车等。等。30),()(22pHMn气固 HMHnn)(2固由上面的反应式可知，贮氢材料由上面的反应式可知，贮氢材料是是在实际使用的温度在实际使用的温度、压力范围内压力范围内，以实际使以实际使用的速度用的速度，可逆地完成氢的贮藏释放可逆地完成氢的贮藏释放。31实际使用的实际使用的是根据是根据具体具体情况而确定情况而确定的。的。一般是从一般是从，从，从左右，特别是以具有左右，特别是以具有的工作的的工作的材料作为主要探讨的对象。材料作为主要探讨的对象。32具有具有工作的工作的中，显示出中，显示出的有钒的氢的有钒的氢化物化物(VH2)和和镁的氢化物镁的氢化物(MgH2)。但是但是MgH2在纯金属中

11、反应速度很慢，在纯金属中反应速度很慢，没有实用价值。没有实用价值。33许多许多形成形成的的反应具有下式所示的反应具有下式所示的可逆反应可逆反应。),()(22pHMn气固 HMHnn)(2固34都服从的都服从的是是“贮贮氢合金是氢合金是(IBIVB族金属族金属)和和(VIB-VIII族金属族金属)所形成的合所形成的合金金”。如在如在LaNi5里里La是前者，是前者，Ni是后者；在是后者；在FeTi里里Ti是前者，是前者，Fe是后者。即，是后者。即，介于其介于其组元纯金属的氢化物的性质组元纯金属的氢化物的性质之间之间。35然而，然而，和和组成的组成的合金合金，不一定都具备，不一定都具备。例如例如

12、在在Mg和和Ni的金属间化合物中的金属间化合物中，有，有Mg2Ni和和MgNi2。可以和氢发生反应生可以和氢发生反应生成成氢化物，而氢化物，而在在100atm左右的左右的压力下也不和氢发生反应。压力下也不和氢发生反应。36另外，作为另外，作为La和和Ni的金属间化合物，除的金属间化合物，除LaNi5外，还有外，还有LaNi，LaNi2等。等。 LaNi，LaNi2也能和氢发生反应，但也能和氢发生反应，但生生成的成的La的氢化物的氢化物非常稳定，非常稳定，反应，反应的可逆性消失了。的可逆性消失了。37因此，作为因此，作为贮氢材料的另一个重要条贮氢材料的另一个重要条件件是要是要。例如例如LaNi5

13、H6相对于相对于LaNi5，Mg2NiH4相对于相对于Mg2Ni那样。那样。38总之，金属总之，金属(合金合金)氢化物能否作为能氢化物能否作为能量贮存、转换材料取决于量贮存、转换材料取决于。39氢在金属合金中的氢在金属合金中的又取决又取决于于金属合金和氢的金属合金和氢的。影响相平衡的因素影响相平衡的因素为为、和和，这些参数就可用于，这些参数就可用于控制氢的吸收控制氢的吸收和释放过程和释放过程。40 金属金属-氢系的氢系的由由、和和三个状态参数三个状态参数控制。控制。用用温度、压力、成分组成温度、压力、成分组成二元直角坐标可二元直角坐标可以完整地表示出以完整地表示出。41在在T-c面上的投影为面

14、上的投影为(T-c图图)，在，在p-c面上的投影为面上的投影为(p-c图图)。下图为下图为M-H2系的典型的系的典型的压力压力-成分成分等温曲线图等温曲线图。42T1、T2、T3表示三个不同温表示三个不同温度下的等温曲线。度下的等温曲线。横轴表示横轴表示固固相中的氢原子相中的氢原子H和和金属原子金属原子M的的比比(H/M)，纵轴纵轴是氢压。是氢压。43温度温度T1的等温曲的等温曲线中线中p和和c的变化如下：的变化如下：T1保持不动，保持不动，pH2缓慢升高时，缓慢升高时，H/M应沿应沿曲线曲线AB增大。固溶了增大。固溶了氢的金属相叫做氢的金属相叫做 相。相。达到达到B点时，点时， 生成生成氢化

15、物相，即氢化物相，即 相。相。44当变到当变到时，时，所有的所有的 相都变为相都变为 相相，此后当再次逐渐，此后当再次逐渐升高压力时，升高压力时， 相的相的成分就逐渐靠近化学成分就逐渐靠近化学计量成分计量成分。BC之间的之间的等压等压区域区域(平台平台)的存在的存在可可用用Gibbs相律解释。相律解释。45设某体系的设某体系的，它们的关系可表示为：它们的关系可表示为：f=k-p+2该该体系中独立成分体系中独立成分是是M和和H，即即k=2，所所以以f4-p。46 (1)AB，该区存在的相是该区存在的相是，p2，所以所以f2。因而即使温度保持一因而即使温度保持一定，压力也可变化。定，压力也可变化。

16、AB表示表示在温度在温度T1时时的的情况。情况。 n47(2)B C，该区存在，该区存在的相是的相是、和和，p=3，所所以以f1。在下面的反应：在下面的反应：),()(22pHMn气固 HMHnn)(2固完成之前，压力为一定值。完成之前，压力为一定值。48若若， ，则则在温在温度度T1时时为：为：mnMHHnmMH2)2(此时的此时的，即为，即为。平衡分解压平衡分解压随温度上升呈指数函数增大随温度上升呈指数函数增大。达到临界温度以前，达到临界温度以前，随温度上升平台的宽度随温度上升平台的宽度逐渐减小。逐渐减小。49(3)C D，该区存，该区存在的相是在的相是和和，p2，所所以以f2，压力可压力

17、可再一次发生变化。再一次发生变化。50p与与之间，之间，在一定的温度在一定的温度范围内范围内近似地符合近似地符合Vant-Hoff关系式：关系式：RSRTHpH2lnmnMHHnmMH2)2(式中式中 H-金属氢化物的生成焓；金属氢化物的生成焓； S-熵变量；熵变量； R-气体常数。气体常数。对于反应式对于反应式:51若相对于若相对于l/T绘制绘制lnp图，则应得到一图，则应得到一条直线。条直线。对各种对各种进行作进行作图，一般可得到图，一般可得到良好的直线关系良好的直线关系，如下图，如下图所示。所示。RSRTHpH2ln52各种贮氢合金的平衡氢压与温度的关系各种贮氢合金的平衡氢压与温度的关系

18、(Mm为混合稀土合金为混合稀土合金)由由可求可求出出，由由可求可求出出 S。RSRTHpH2ln53300K时，时，为为31cal/K.mol.H2，与之相比，与之相比，氢的熵值较小氢的熵值较小，即，即式：式：mnMHHnmMH2)2(向右反应的熵减少。向右反应的熵减少。一般都可视为一般都可视为54设设常温下常温下金属氢化物的金属氢化物的为为0.011MPa，从式：从式：可得出可得出 H为为-7 -11kcal/molH2。RSRTHpH2ln55 H为为-7-11 kcal/molH2的金属仅有的金属仅有中的中的V、Nb、Ta等，等，因其因其而不而不适于做贮氢材料。适于做贮氢材料。56图中所

19、示的图中所示的，其，其合金合金组分在与氢气反组分在与氢气反应时应时，有些是，有些是(多为多为族元素族元素)，有些是，有些是(多为多为族元素族元素)。各种贮氢合金的平衡氢压与温度的关系各种贮氢合金的平衡氢压与温度的关系(Mm为混合稀土合金为混合稀土合金)57中，中，放热型金属组分的作放热型金属组分的作用用是借助它是借助它，将氢吸贮在金属，将氢吸贮在金属内部；内部；与氢无亲和力的与氢无亲和力的吸热型金属吸热型金属，使合金的，使合金的氢化物具有氢化物具有。另外，另外，生成热的大小生成热的大小对形对形成氢化物时的成氢化物时的生成焓大小生成焓大小有一定的影响。有一定的影响。58设设ABn(n1)型金属间

20、化合物中，型金属间化合物中， 为为， 为为，伴随着氢化物，伴随着氢化物的生成，形成的生成，形成A-H键与键与B-H键，同时，键，同时，A-B键减少。键减少。如应用如应用(nearest neighbor effect)，则氢化物的生成热可用下式，则氢化物的生成热可用下式表示：表示： H(ABnH2m) H(AHm)+ H(BnHm)- H(ABn)59式中，式中，的生成热为的生成热为； 的生成热为的生成热为。其中这两项与其中这两项与金属元素种类的关系不大金属元素种类的关系不大，故故实际上由实际上由大大小决定。小决定。 H(ABnH2m) H(AHm)+ H(BnHm)- H(ABn)60即即，

21、则，则，氢氢化物的分解压越高化物的分解压越高，这种规律称为，这种规律称为（the rule of reversed stability)。具有具有的二元素贮氢合金有的二元素贮氢合金有LaNi5，TiFe，TiMn1.5等。等。 H(ABnH2m) H(AHm)+ H(BnHm)- H(ABn)61 易活化易活化，氢的，氢的吸储量大吸储量大； 用于用于时时生成热尽量小生成热尽量小，而用于，而用于时时生成热尽量大生成热尽量大； 在一个在一个很宽的组成范围内很宽的组成范围内，应具有，应具有(室温分解压室温分解压23atm)；62 氢吸收和分解过程中的氢吸收和分解过程中的(滞后滞后)小；小； 氢的氢的

22、俘获和释放速度快俘获和释放速度快； 金属氢化物的金属氢化物的有效热导率大有效热导率大；63 在反复吸、放氢的循环过程中，在反复吸、放氢的循环过程中，； 对不纯物如氧、氮、对不纯物如氧、氮、CO、CO2、水分等的水分等的； 储氢材料储氢材料。 64制造储氢材料时，制造储氢材料时，及及等会等会影响氢化反应影响氢化反应，采用，采用或或。65 耐久性是指耐久性是指。向储氢材料供给新的氢气时带。向储氢材料供给新的氢气时带入的入的称为称为“”。 在吸储和释放氢的过程中，在吸储和释放氢的过程中，储氢材料反复膨胀和收缩储氢材料反复膨胀和收缩，从而导致，从而导致现象。现象。66 储氢材料的导热性储氢材料的导热性

23、 在反复吸储和释放在反复吸储和释放氢的过程中，形成氢的过程中，形成，氢的可逆反应的热效应氢的可逆反应的热效应要求将其及时导出。要求将其及时导出。 滞后现象和坪域滞后现象和坪域 用于用于的储氢的储氢材料，材料，滞后现象应小滞后现象应小，坪域宜宽坪域宜宽。 安全性安全性6768镁在地壳中藏量丰富。镁在地壳中藏量丰富。MgH2是是可供工业利用的可供工业利用的二元化合物二元化合物，而且具有，而且具有。MgH2缺点：缺点：释放温度高释放温度高且且速度慢速度慢，抗抗腐蚀能力差腐蚀能力差。69新开发的新开发的Mg2Ni1-xMx (M = V，Cr，Mn，Fe， Co) 和和Mg2-xMxNi (Al， C

24、a) 比比MgH2的性能好。的性能好。70的的潜在应用潜在应用在于可在于可，工业废热提工业废热提供氢化物分解所需的热量供氢化物分解所需的热量。目前，目前， 系合金在系合金在方面的应用已成为一个重要的研究方向。方面的应用已成为一个重要的研究方向。71人们很早就发现，人们很早就发现，与与反应反应生成生成REH2，这种氢化物这种氢化物加热到加热到1000以上以上才会分解。才会分解。而在而在中加入某些第二种金属形中加入某些第二种金属形成成后，后，在较低温度下在较低温度下也可也可，通，通常将这种合金称为常将这种合金称为。72在已开发的一系列在已开发的一系列中，中，性能最佳性能最佳，应用也最为广泛应用也最

25、为广泛。已扩大到已扩大到能源能源、化工化工、电子电子、宇航宇航、军事军事及及民用民用各各个方面。个方面。73例如，用于例如，用于和和的的可以将工厂的废热等可以将工厂的废热等低质热能低质热能回收回收、升温升温，从而开辟出了人类，从而开辟出了人类有效利用有效利用各种能源的新途径。各种能源的新途径。74利用利用释放氢气时释放氢气时，可以用作，可以用作热驱动的动力热驱动的动力；采用采用可以实现可以实现体积小体积小、重重量轻量轻、输出功率大输出功率大，可用于，可用于和和。 75典型的贮氢合金典型的贮氢合金是是1969年荷兰年荷兰菲利浦公司发现的，从而引发了人们对菲利浦公司发现的，从而引发了人们对的研究。

26、的研究。 76以以为代表的为代表的稀土储氢合金稀土储氢合金被认为被认为是是所有储氢合金中应用性能最好的一类所有储氢合金中应用性能最好的一类。 ：初期氢化容易，反应速度快，：初期氢化容易，反应速度快，吸吸-放氢性能优良。放氢性能优良。20时氢分解压仅几个时氢分解压仅几个大气压。大气压。：镧价格高，循环退化严重，易：镧价格高，循环退化严重，易粉化。粉化。77采用采用(La，Ce， Sm)Mm可有效降低成本，但可有效降低成本，但，给使用带来困难。，给使用带来困难。采用采用M(Al，Cu，Fe，Mn, Ga，In，Sn，B，Pt，Pd，Co，Cr，Ag，Ir) 是改善是改善LaNi5和和MmNi5储氢

27、性能的储氢性能的重要方法。重要方法。 78Ti-Ni：TiNi，Ti2Ni，TiNi-Ti2Ni，Ti1-yZryNix，TiNi-Zr7Ni10，TiNiMmTi-Fe： 价廉价廉，储氢量大储氢量大，室温氢分，室温氢分解压只有几个大气压，很合乎使用要求。解压只有几个大气压，很合乎使用要求。但是但是活化困难活化困难，易中毒易中毒。79Ti-Mn：粉化严重粉化严重，中毒再生性差中毒再生性差。添。添加少量其它元素加少量其它元素(Zr, Co, Cr, V)可进一步改善可进一步改善其性能。其性能。其中，其中，TiMn1.5Si0.1，Ti0.9Zr0.2Mn1.40Cr0.4 具有很好的储氢性能。具

28、有很好的储氢性能。另外，另外，也是发展的方向。也是发展的方向。 80具有具有吸氢量高吸氢量高，反应速度快反应速度快，易活化易活化，无滞后效应无滞后效应等优点。等优点。但是，但是，氢化物生成热大氢化物生成热大，吸放氢平台压吸放氢平台压力低力低，价贵价贵，限制了它的应用。，限制了它的应用。 ZrV2，ZrCr2，ZrMn2 储氢量比储氢量比型合金大，平衡分解压低。型合金大，平衡分解压低。81Zr(Mn，Ti，Fe)2和和Zr (Mn，Co，Al)2合合金适合于作金适合于作。 Ti17Zr16Ni39V22Cr7 已成功用于已成功用于，有有宽广的元素替代容限宽广的元素替代容限，设计不同的合金成分，设

29、计不同的合金成分用来满足用来满足高容量高容量，高放电率高放电率，长寿命长寿命，低成本低成本不同的要求。不同的要求。82氢与金属间化合物氢与金属间化合物在生成在生成和和的过程中，可以产生以下功能：的过程中，可以产生以下功能：(1)有热的吸收和释放现象，氢可作为一有热的吸收和释放现象，氢可作为一种种加以利用；加以利用；(2)热的释放与吸收也可作为一种热的释放与吸收也可作为一种加以利用；加以利用；83(3)在一在一密封容器中密封容器中，金属氢化物所释，金属氢化物所释放出放出有一定关系，利用这有一定关系，利用这种压力可做种压力可做；(4)金属氢化物在吸收氢过程中还伴随金属氢化物在吸收氢过程中还伴随着着

30、，可直接产生电能，可直接产生电能，这就是这就是。 84充分利用这充分利用这、四大功四大功能，可以能，可以开发新产品开发新产品；同时，吸、放氢多次后，同时，吸、放氢多次后，表面性能表面性能非常活泼，用作非常活泼，用作很有潜力，这种表面效应功能也很有开很有潜力，这种表面效应功能也很有开发前途。发前途。85金属氢化物贮氢材料的应用领域很金属氢化物贮氢材料的应用领域很多，而且还在不断发展之中，下面介多，而且还在不断发展之中，下面介绍绍的几个主要方面。的几个主要方面。86用高贮氢量的用高贮氢量的以及高强以及高强，可从工艺上，可从工艺上降低成本降低成本，减轻重量减轻重量。这种这种可在可在氢能汽车氢能汽车、

31、氢电氢电动车动车、氢回收氢回收、氢净化氢净化、氢运输氢运输等领域得到等领域得到广泛的应用。广泛的应用。87利用利用贮氢材料贮氢材料，可从氯，可从氯碱、合成氨的碱、合成氨的工业废气中工业废气中；可方便而廉价地获取超可方便而廉价地获取超(6N)，实现实现氢的净化氢的净化；还可将难与氢分离的气体，如氦经济还可将难与氢分离的气体，如氦经济地分离出来，无须地分离出来，无须惯用的深冷方法惯用的深冷方法而而；88可用于可用于核反应堆的核反应堆的重水慢化器重水慢化器及及冷冷却器却器中产生的氢、氖、氚等中产生的氢、氖、氚等，以避，以避免核反应器材料的免核反应器材料的和防止和防止；对吸收的氢同位素，还可以利用对吸

32、收的氢同位素，还可以利用贮氢材贮氢材料的料的与与、经济、经济有效地实现有效地实现氢氘分离氢氘分离，即，即。89利用利用随温度随温度的规律，的规律，室温下吸氢室温下吸氢，然后，然后提高温度提高温度以使以使，同时同时使氢净化使氢净化。这样这样不用机械压缩不用机械压缩即可制即可制，所用，所用设备简设备简单单，无运转部件无运转部件，无噪声无噪声，用于此目的，用于此目的贮氢合金贮氢合金称称为为。90利用贮氢材料的利用贮氢材料的和和，只需用，只需用低品位热源低品位热源如工业废热、如工业废热、太阳能作能源，即可进行供热、发电、空太阳能作能源，即可进行供热、发电、空调和制冷。调和制冷。91金属氢化物金属氢化物

33、热泵的推广热泵的推广与金属氢化物与金属氢化物成成本和热交换器的结构本和热交换器的结构密切相关。密切相关。日本最近提出的一种日本最近提出的一种机械压缩机机械压缩机与与金属金属氢化物联动氢化物联动式热泵，它只用一种式热泵，它只用一种廉价的金属廉价的金属氢化物氢化物(如如TiFe等等)与一台与一台驱动氢驱动氢的吸入，从而简化设计结构，降低成本。的吸入，从而简化设计结构，降低成本。92贮氢材料可用作贮氢材料可用作的催的催化剂，如化剂，如LaNi5、TiFe用作常温常压用作常温常压催化剂、催化剂、或或上的催化剂。上的催化剂。它可它可降低电解水时的能耗降低电解水时的能耗，提高燃料电池提高燃料电池的效率的效

34、率。93由于镉有毒，由于镉有毒，因因废电池处理复杂废电池处理复杂已处于被淘汰的阶段，已处于被淘汰的阶段，因此因此发展迅速。发展迅速。94基本化学过基本化学过程如下：程如下：22)(21OHNiHNiOH放电放电充电充电95如以如以作作电极材料电极材料，则，则，充电时则反之。，充电时则反之。对于对于TiCrVNi、TiNi等最高贮氢量可达等最高贮氢量可达260cm3/g的材料，的材料，可比镍镉电池高可比镍镉电池高1.8倍，可充放电倍，可充放电1000次以上。次以上。这类电池在这类电池在宇航宇航、手、手提式电子计算机提式电子计算机、移动电话移动电话、电动汽车电动汽车等行业中已得到广泛应等行业中已得

35、到广泛应用。用。 96是一种使是一种使燃料氧化时释放出的燃料氧化时释放出的直接转化为直接转化为的的电化学装置电化学装置。由由多孔材料多孔材料和和催化剂催化剂组成，组成，有有氢气、甲醇氢气、甲醇等，等，一般为一般为氧气或氧气或空气空气。97常用的常用的有有磷酸磷酸、氢氧化钾氢氧化钾及及离子离子交换膜交换膜等。等。用用作作电极电极，结合，结合可以发展可以发展新型高效燃料电池新型高效燃料电池，获效率，获效率可高达可高达60%以上。以上。98与一般化学电池不同，与一般化学电池不同，反应反应物质物质贮存于电池外部贮存于电池外部，只要不断地向电池供，只要不断地向电池供应应，同时从电池中排出，同时从电池中排

36、出，电池就可连续工作电池就可连续工作，因而，因而容量不受电池容量不受电池质量和体积的限制质量和体积的限制。99与其他发电装置相比，与其他发电装置相比，具有具有能能量转换效率高量转换效率高、无噪声无噪声、无环境污染无环境污染等优点。等优点。燃料电池可作为大型燃料电池可作为大型，即，即电网低峰时电网低峰时，高峰高峰用电时用电时则则。100 贮氢材料的贮氢材料的可以用作可以用作。这种温度计这种温度计体积小体积小，不怕震动不怕震动，而且还可，而且还可以以通过毛细管通过毛细管。这种温度计已广泛用于各种飞机。这种温度计已广泛用于各种飞机。101贮氢材料的贮氢材料的还可以用作还可以用作机机器人动力系统的激发

37、器器人动力系统的激发器和动力源，其特点是和动力源，其特点是，因此，因此反应灵敏反应灵敏，便于便于护制护制，反弹和振动小反弹和振动小，还可用于，还可用于抑制温度的抑制温度的各种开关装置各种开关装置。此外，此外，还可以用作还可以用作吸气剂吸气剂，绝热采油管绝热采油管，微型压缩致冷器微型压缩致冷器等。等。102在在贮氢材料的实际应用中贮氢材料的实际应用中尚存在以下问题：尚存在以下问题：。由于由于在吸氢时在吸氢时，放氢时放氢时。如。如反复吸、放氢反复吸、放氢，则材料可因，则材料可因反复反复形变形变而逐渐而逐渐。细粉末状态细粉末状态的贮氢材料的贮氢材料在放氢时在放氢时，不仅将，不仅将导致导致氢气流动受阻

38、氢气流动受阻，而且还可能，而且还可能随氢气流排到随氢气流排到外部外部而引起公害。而引起公害。103从贮氢材料中从贮氢材料中放出氢放出氢时，其时，其，但由于，但由于贮氢材料的贮氢材料的(一般只有一般只有1w/m. ，与玻璃接近与玻璃接近)，不容易，不容易使热效应使热效应有效地传递出来有效地传递出来，因此有必要从技，因此有必要从技术上给予解决。术上给予解决。104(3)在氢在氢时存在时存在滞后作用滞后作用有时有时p-c曲线的曲线的水平段不平直水平段不平直，这些都，这些都是是的原因。的原因。105在贮氢材料的在贮氢材料的实际应用实际应用中，有一系列中，有一系列需要及时解决以推动工艺应用的需要及时解决

39、以推动工艺应用的发展。发展。106针对针对贮氢材料贮氢材料，加入，加入作骨架作骨架(如铝纤维等如铝纤维等)可可改善导热性改善导热性。为了为了，在贮氢材，在贮氢材料料是有效方法之一。是有效方法之一。107即首先将贮氢材料粉碎至即首先将贮氢材料粉碎至510um，再再经经无电镀铜技术无电镀铜技术，在颗粒表面，在颗粒表面涂上一层金属涂上一层金属铜铜，并在一定压力下，并在一定压力下加压成型加压成型。这样就可制成这样就可制成导热性好导热性好、又能、又能防止不断防止不断粉化粉化的块状复合体。的块状复合体。但是，此法的但是，此法的。108将一种将一种(如四氢呋喃等如四氢呋喃等)与与混合成均匀浆料混合成均匀浆料

40、，用作，用作，可增加其，可增加其导热性导热性，实现，实现流态化流态化。109为消除为消除放氢时放氢时产生的产生的，可将贮，可将贮氢材料制成薄膜。氢材料制成薄膜。薄膜与氢反应的薄膜与氢反应的实际表面积大为增加实际表面积大为增加，反应速度也就大大加快。反应速度也就大大加快。110在在充电式电池充电式电池或或作为催化剂作为催化剂的应用的应用中，以及中，以及内贮氢材料组成的燃料电内贮氢材料组成的燃料电池池中，均有重要作用。中，均有重要作用。111在研制由贮氢材料组成的在研制由贮氢材料组成的的过程中，可以制成的过程中，可以制成平板式平板式或或其他更高其他更高效的热交换器效的热交换器，使整个，使整个，。1

41、12贮氢材料的贮氢材料的直接影响到它的直接影响到它的应用和推广应用和推广。从成本来看从成本来看，应用，应用是很有是很有的途的，所以人们对的途的，所以人们对改善这种合金性能改善这种合金性能进行进行了大量研究，开发了大量研究，开发不需活化处理的不需活化处理的Fe-Ti系系合金合金。113例如日本研制出例如日本研制出在在m(Ti/Fe)1的合金基的合金基体中体中加入加入少量少量Nb或或O而制成的合金而制成的合金不需活化不需活化处理处理，和，和LaNi5一样使用十分方便。一样使用十分方便。采用采用直接从直接从钛铁矿制取铁钛钛铁矿制取铁钛系贮氢材料系贮氢材料可使其成本进一步大幅度降低，可使其成本进一步大

42、幅度降低，有利于推广。有利于推广。114也是应用中所渴求的，也是应用中所渴求的，日本发展出日本发展出“”，吸放量可能性达吸放量可能性达 (H)=6，而且成而且成本较低。本较低。115除除之外，其他具有之外，其他具有高容高容量贮氢能力的贮氢材料量贮氢能力的贮氢材料也在发展中。也在发展中。最新最新理论与实验理论与实验研究表明，研究表明，可贮氢可贮氢 (H)10。而具有而具有某种特殊结构某种特殊结构的的贮氢能力可高达贮氢能力可高达 (H)=65，远远超过其理论预测贮量。超过其理论预测贮量。116具有具有的的尚属未知，并且尚属未知，并且常规的表面相互作用理论常规的表面相互作用理论完全不能解释这种材科的

43、完全不能解释这种材科的。因此，深入的研究探索可能导致因此，深入的研究探索可能导致的革命。的革命。117具有具有称为称为。具有具有能量转换能量转换，存储存储或或改变能改变能量状态量状态的功能，是重要的功能材料。的功能，是重要的功能材料。118磁性材料磁性材料广泛地应用于广泛地应用于计算机、通讯计算机、通讯、自动化、音像、电视、仪器和仪表、航、自动化、音像、电视、仪器和仪表、航空航天、农业、生物与医疗等技术领域。空航天、农业、生物与医疗等技术领域。119 按化学组成分类按化学组成分类磁性材料、磁性材料、(铁氧体铁氧体)磁性磁性材料；材料； 按磁化率大小分类按磁化率大小分类顺磁性、反磁性、铁磁性、反

44、铁磁顺磁性、反磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性；性、亚铁磁性；120 按功能分类按功能分类软磁软磁材料、材料、硬磁硬磁材料、材料、半硬磁半硬磁材料、矩材料、矩磁磁材料、材料、旋磁旋磁材料、材料、压磁压磁材料、材料、 泡磁泡磁材料、材料、磁光磁光材料、材料、磁记录磁记录材料材料 121由许多具有由许多具有固有磁矩的原子固有磁矩的原子组成。组成。当当时，宏观磁时，宏观磁体体对外显示的磁性最强对外显示的磁性最强。当当时，宏观磁体时，宏观磁体对对外不显示磁性。外不显示磁性。122宏观磁体宏观磁体称为称为： M = 原子原子/V123任何物质任何物质在外磁场作用下在外磁场作用下，除了，除了外，由于物质内

45、部外，由于物质内部，还要产生一个，还要产生一个。124在物质内部在物质内部和和称为称为。 B = o(H+M) o - 真空磁导率真空磁导率 = B / H - 磁导率磁导率 = M / H - 磁化率磁化率125 铁磁性物质铁磁性物质 具有具有极高的磁化极高的磁化率率，磁化易达到饱和磁化易达到饱和的物质。的物质。如如Fe，Co， Ni， Gd等金属及其合金称等金属及其合金称为铁磁性物质。为铁磁性物质。 磁矩的排列与磁性的关系磁矩的排列与磁性的关系 铁磁性铁磁性 m= 10-2 106磁场磁场 126 亚铁磁性物质亚铁磁性物质磁矩的排列与磁性的关系磁矩的排列与磁性的关系 亚铁磁性亚铁磁性 m=

46、 10-2 106磁场磁场 如铁氧体如铁氧体(M2+Fe23+O4)等，等，是一些是一些复杂的金属化合物复杂的金属化合物，比铁磁体更常见。比铁磁体更常见。它们它们，但，但，具有具有。127 存在未成对电子存在未成对电子 。La，Pr，MnAl，FeSO47H2O， Gd2O3 ；在居里温度以上的在居里温度以上的Fe, Co, Ni等。等。 居里温度居里温度 由由铁磁性或亚铁磁性或亚铁磁性铁磁性转变为转变为顺磁性顺磁性称为称为。顺磁性顺磁性 m=10-6 10-5磁场磁场 128 反磁性物质反磁性物质 不存在未成对电子不存在未成对电子 。惰性气体，惰性气体，不含过渡元不含过渡元素的离子晶体素的离子晶体，共价化共价化合物合物和和所有的有机化合所有的有机化合物物，某些，某些金属和非金属金属和非金属。磁矩的排列与磁性的关系磁矩的排列与磁性的关系 反磁性反磁性 m= -10-5 -10-6磁场磁场 129 反 铁 磁 性 物 质反 铁 磁 性